电力市场竞争性均衡理论及其算法研究

论文摘要

始于90年代的国际国内电力工业管理体制市场化改革不断深化,而作为改革中心环节的电力市场建设也不断取得新的突破。电能作为一种特殊的商品,既有商品的一般属性也有其特殊性,既要遵循商品的价值规律也要遵循电力系统特有的物理规律,从本质上来说,一个成功运作的电力市场应该是市场经济一般规律与电力系统特殊规律有机结合的产物。在市场经济一般规律中,关于市场机制方面的基本原理主要是微观经济学理论,均衡理论是微观经济学最重要的理论之一,也是微观经济学关于市场机制的主要理论之一;电力系统的特殊规律主要指电能生产、传输和消费所必须遵守的物理规律。由于电力系统的特殊性,使均衡理论在电力市场中的应用具有与众不同的特殊性,这是电力市场能否成功运作的关键问题,也是当前电力市场建设中迫切需要解决的问题。虽然众多的研究人员对电力市场理论及其实施方法进行了大量的研究,也发表了大量的文献,但是对电力市场基本规律的认识还不够深入,理论和实践结合得还不够紧密,这说明电力市场理论还需要进一步研究和探索,电力市场建设还需要不断发展和完善。本文首先对单一商品市场既电能市场进行纳什均衡分析,对古诺模拟和供应函数模拟分别进行了讨论,然后提出了电力市场的局部（单一商品市场）竞争性均衡成立的条件,说明纳什均衡导致电力市场交易赢余的产生,这种交易赢余也进一步会导致电力市场利益分配的不公平,而竞争性均衡则不存在这个问题,但是竞争性均衡是建立在会计学定价基础上的。本文对电力市场的主要辅助服务形式——无功功率定价进行了研究,无功功率定价通常是与有功功率定价一起进行研究的,因此电力市场是典型的多商品市场。本文又对多商品电力市场的纳什均衡进行了分析,说明了多商品电力市场纳什均衡成立的条件,进一步对一般均衡理论在电力市场中的应用进行了阐述,电力市场中的一般均衡也是建立在会计学定价的基础上的。本文通过对不考虑电力网络特点的单一电能市场竞争性均衡进行分析,说明等报价方法是建立在均衡理论基础上的,而对纳什均衡则是不成立的。在考虑电力网络的情况下,等报价原则也是不成立的,而本文提出的修正等报价方法类似于梯度下降算法的计算流程,是符合竞争性均衡原理的。本文对电力市场失灵进行了定义,说明电力市场不能达到竞争性均衡的状态就是一种失灵状态,也说明了垄断、外部性和信息不完备是导致电力市场失灵的几个主要因素,为了防止电力市场失灵,就必须对其进行管制,从而使电力市场达到竞争性均衡状态。本文总结了国内外针对电力市场的市场结构、市场绩效和市场运行状态等各方面的评估指标,结合研究相关经济学原理,运用产业经济学的SCP理论,通过理论研究和实证分析相结合,构造了源于外部冲击的市场结构（Structure）——市场行为（Conduct）——市场绩效（Performance）三方面对产业组织进行分析的逻辑框架。并以SCP框架为基础,结合电力市场特点,基于市场均衡理论,构建了电力市场实施绩效的宏观指标评估体系,结合各方面评估指标构建了微观指标评估体系。最后,本文以IEEE-30系统为算例,分别对单一的电能市场局部均衡和考虑无功功率情况下的多商品电力市场一般均衡进行了模拟,验证修正等报价算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号表示
• 1 集合的表示
• 2 功率的表示
• 3 状态变量的表示
• 4 价格及费用的表示
• 5 拉格朗日乘子的表示
• 6 灵敏度系数表示
• 7 其他表示
• 第一章 绪论
• 1.1 本论文研究内容及其意义
• 1.2 市场均衡
• 1.2.1 竞争性均衡
• 1.2.1.1 局部均衡
• 1.2.1.2 一般均衡
• 1.2.2 纳什均衡
• 1.2.2.1 博弈论概述
• 1.2.2.2 纳什均衡
• 1.3 本课题的国内外研究现状
• 1.3.1 早期电力市场基本理论研究
• 1.3.2 节点电价理论
• 1.3.3 基于均衡理论的电力市场研究
• 1.3.3.1 纳什均衡在电力市场中的应用
• 1.3.3.2 竞争性均衡在电力市场中的应用
• 1.4 本论文所做的工作
• 第二章 单一商品电力市场的竞争性均衡
• 2.1 单一商品电力市场模型
• 2.1.1 数学模型
• 2.1.2 电力市场中的信息
• 2.2 市场主体行为对纳什均衡的影响
• 2.2.1 拍卖人行为
• 2.2.2 发电公司行为
• 2.2.3 纳什均衡所存在的问题
• 2.3 电力市场的局部均衡
• 2.3.1 电力市场的定价
• 2.3.2 竞争性均衡的形成
• 2.3.3 用户参与投标情况下的电力市场竞争性均衡
• 2.4 纳什均衡与竞争性均衡的差别
• 2.4.1 不考虑电力网络情况下的电力市场均衡
• 2.4.2 关于供应函数模型的讨论
• 2.4.3 关于边际价格定价的讨论
• 2.5 电力市场与电力系统经济运行的差别
• 2.6 小结
• 第三章 多商品电力市场模型与投标策略研究
• 3.1 电力市场中的辅助服务与多商品电力市场
• 3.2 考虑无功功率的电力市场系统模型
• 3.2.1 发电公司的优化决策模型
• 3.2.2 拍卖人（电力市场运作者）的优化决策模型
• 3.3 多商品电力市场中发电公司的行为
• 3.3.1 无功功率参与报价的情形
• 3.3.2 无功功率市场定价的情形
• 3.4 多商品电力市场的纳什均衡
• 3.4.1 无功功率参与报价的情形
• 3.4.2 无功功率市场定价的情形
• 3.5 多商品电力市场的一般均衡
• 3.5.1 无功功率参与报价的情况
• 3.5.2 无功功率的市场定价
• 3.5.3 用户参与投标情况下的电力市场竞争性均衡
• 3.5.4 电力市场竞争性均衡理论与节点电价理论的区别
• 3.6 小结
• 第四章 修正等报价方法
• 4.1 引言
• 4.2 不考虑电力网络特征的等报价方法
• 4.2.1 竞争性均衡的等报价原则
• 4.2.2 竞争性均衡与纳什均衡的区别
• 4.2.3 竞争性均衡的优化模型
• 4.3 考虑电力网络特征的单商品市场修正等报价方法
• 4.3.1 计算步骤
• 4.3.2 平衡节点的考虑
• 4.3.3 支路潮流越限处理
• 4.4 考虑电力网络特征的多商品市场修正等报价方法
• 4.5 算例
• 4.5.1 单商品电力市场修正等报价方法
• 4.5.2 多商品电力市场修正等报价方法
• 4.6 小结
• 第五章 电力市场失灵与管制
• 5.1 概述
• 5.2 电力市场失灵的原因
• 5.2.1 不完全竞争
• 5.2.2 外部性
• 5.2.3 信息不对称
• 5.3 针对失灵现象的管制措施
• 5.3.1 不完全竞争的管制措施
• 5.3.1.1 完善电力市场结构
• 5.3.1.2 制定价格上限
• 5.3.1.3 税收
• 5.3.2 外部性的管制措施
• 5.3.2.1 庇古定理
• 5.3.2.2 科斯定理
• 5.3.2.3 两者之间的比较
• 5.3.3 信息不对称的管制措施
• 5.3.3.1 政府通过政策来管制信息不对称
• 5.3.3.2 设计完善的市场机制
• 5.4 算例
• 5.5 小结
• 第六章 电力市场的评估指标体系
• 6.1 概述
• 6.2 当今国内外主要电力市场实施绩效评估指标
• 6.2.1 基于市场结构的电力市场实施绩效评估指标
• 6.2.1.1 卖方集中度指标
• 6.2.1.2 综合集中度指标
• 6.2.1.3 相对集中度指标洛伦茨曲线和基尼系数
• 6.2.2 基于市场效率的电力市场实施绩效评估指标
• 6.2.2.1 勒纳指数（Lerner Index）
• 6.2.2.2 社会福利无谓损失率（Social Welfare Loss Rate－SWLR）
• 6.2.3 基于市场运行状态的电力市场实施绩效评估指标
• 6.2.3.1 电力市场的有序指数θ
• 6.2.3.2 电力市场的竞争力度指数η
• 6.3 电力市场实施绩效的分析模型
• 6.3.1 产业组织理论
• 6.3.2 SCP 分析模型
• 6.4 电力市场绩效指标评估体系
• 6.4.1 电力市场绩效的宏观指标评估体系
• 6.4.2 电力市场绩效的微观指标评估体系
• 6.5 华东电力市场绩效指标评估体系
• 6.5.1 市场结构评估
• 6.5.2 市场行为和市场绩效评估
• 6.6 小结
• 第七章 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间完成的学术论文及参与完成的项目
• 1 学术论文
• 2 专著